World practice of breeding adaptive varieties of cereal crops in conditions of climate change
DOI:
https://doi.org/10.31073/acss99-04Ключові слова:
зернові культури; адаптивні сорти; селекція; зміна клімату; абіотичні стреси; біотичні стреси; геномна селекція; адаптивне управління посівамиАнотація
У статті проаналізовано світовий досвід селекції адаптивних сортів зернових культур в умовах зміни клімату та окреслено ключові напрями модернізації селекційних програм. Обґрунтовано, що зростання частоти екстремальних погодних явищ (посухи, теплові хвилі, весняні приморозки, надмірні опади) висуває на перший план завдання підвищення екологічної пластичності та стабільності сортів, тоді як традиційна орієнтація лише на потенційну врожайність стає недостатньою. Показано, що у провідних аграрних країнах 90–95 % приросту врожайності забезпечено за рахунок генетичного удосконалення сортів і гібридів, тоді як частка суто агротехнічних чинників є відносно меншою, що підкреслює стратегічну роль селекції в адаптації зерновиробництва до кліматичних ризиків. Розкрито основні вектори сучасної селекції зернових: підвищення толерантності до абіотичних стресів (посуха, спека, засолення, перезволоження, низькі температури), формування стійкості до біотичних факторів (хвороби, шкідники, бур’яни), поліпшення якості та харчової цінності зерна, а також широке впровадження геномної селекції, маркер-асоційованого добору, біотехнологічних підходів та in vitro систем. Окрему увагу приділено інтеграції селекційних рішень з адаптивним управлінням посівами — використанням моделей урожайності й клімату, диференційованого внесення добрив, цифрових платформ підтримки прийняття рішень. Узагальнено методичні виклики, пов’язані з добором інформативних ознак, плануванням багатомісцевих випробувань, кількісною оцінкою взаємодії генотип × середовище та виділенням генотипів із поєднанням високої продуктивності й стабільності. На основі аналізу світової практики зроблено висновок, що формування адаптивних сортів зернових культур є ключовою умовою переходу до кліматично орієнтованого (climate-smart) землеробства. Комплексне поєднання генетичних, біотехнологічних та агротехнологічних рішень створює передумови для збереження врожайності й якості зерна за умов зростання кліматичних ризиків та більш інтенсивного використання маргінальних земель (кислих, засолених, піщаних, перезволожених ґрунтів). Отримані узагальнення можуть бути використані для коригування національних селекційних програм, розробки рекомендацій щодо цільових середовищ вирощування та інтеграції селекційних пріоритетів у нормативно-правову базу аграрного сектору.
Посилання
Zabel, F., Müller, C., Elliott, J., Minoli, S., Jägermeyr, J., Schneider, J. M., & Asseng, S. (2021). Large potential for crop production adaptation depends on available future varieties. Global Change Biology, 27(16), 3870–3882. https://doi.org/10.1111/gcb.15649
Wolfe, M. S., & Ceccarelli, S. (2020). The increased use of diversity in cereal cropping requires more descriptive precision. Journal of the Science of Food and Agriculture, 100(11), 4119–4123. https://doi.org/10.1002/jsfa.9906
Siddiqui, M. N., Léon, J., Naz, A. A., & Ballvora, A. (2021). Genetics and genomics of root system variation in adaptation to drought stress in cereal crops. Journal of Experimental Botany, 72(4), 1007–1019. https://doi.org/10.1093/jxb/eraa487
Varshney, R. K., Barmukh, R., Roorkiwal, M., Qi, Y., Kholova, J., Tuberosa, R., & Siddique, K. H. (2021). Breeding custom-designed crops for improved drought adaptation. Advanced Genetics, 2(3), e202100017. https://doi.org/10.1002/ggn2.202100017
Vadez, V., Grondin, A., Chenu, K., Henry, A., Laplaze, L., Millet, E. J., & Carminati, A. (2024). Crop traits and production under drought. Nature Reviews Earth & Environment, 5(3), 211–225. https://doi.org/10.1038/s43017-023-00514-w
Snowdon, R. J., Wittkop, B., Chen, T. W., & Stahl, A. (2021). Crop adaptation to climate change as a consequence of long-term breeding. Theoretical and Applied Genetics, 134(6), 1613–1623. https://doi.org/10.1007/s00122-020-03729-3
Marone, D., Russo, M. A., Mores, A., Ficco, D. B., Laidò, G., Mastrangelo, A. M., & Borrelli, G. M. (2021). Importance of landraces in cereal breeding for stress tolerance. Plants, 10(7), 1267. https://doi.org/10.3390/plants10071267
Kom, Z., Nethengwe, N. S., Mpandeli, N. S., & Chikoore, H. (2022). Determinants of small-scale farmers’ choice and adaptive strategies in response to climatic shocks in Vhembe District, South Africa. GeoJournal, 87(2), 677–700. https://doi.org/10.1007/s10708-020-10272-7
Fatima, Z., Ahmed, M., Hussain, M., Abbas, G., Ul-Allah, S., Ahmad, S., & Hussain, S. (2020). The fingerprints of climate warming on cereal crops phenology and adaptation options. Scientific Reports, 10, 18013. https://doi.org/10.1038/s41598-020-74740-3
Fradgley, N., Gardner, K. A., Cockram, J., Elderfield, J., Hickey, J. M., Howell, P., & Mackay, I. J. (2019). A large-scale pedigree resource of wheat reveals evidence for adaptation and selection by breeders. PLOS Biology, 17(2). https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000071
Bapela, T., Shimelis, H., Tsilo, T. J., & Mathew, I. (2022). Genetic improvement of wheat for drought tolerance: Progress, challenges and opportunities. Plants, 11(10). https://doi.org/10.3390/plants11101331
Yanagi, M. (2024). Climate change impacts on wheat production: Reviewing challenges and adaptation strategies. Advances in Resources Research, 4(1), 89–107. https://doi.org/10.50908/arr.4.1_89
Le Campion, A., Oury, F. X., Heumez, E., & Rolland, B. (2020). Conventional versus organic farming systems: Dissecting comparisons to improve cereal organic breeding strategies. Organic Agriculture, 10(1), 63–74. https://doi.org/10.1007/s13165-019-00249-3
Kamal, N. M., Gorafi, Y. S. A., Abdelrahman, M., Abdellatef, E., & Tsujimoto, H. (2019). Stay-green trait: A prospective approach for yield potential, and drought and heat stress adaptation in globally important cereals. International Journal of Molecular Sciences, 20(23). https://doi.org/10.3390/ijms20235837
Minoli, S., Jägermeyr, J., Asseng, S., Urfels, A., & Müller, C. (2022). Global crop yields can be lifted by timely adaptation of growing periods to climate change. Nature Communications, 13(1). https://doi.org/10.1038/s41467-022-34411-5
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Поширення статті здійснюється на умовах ліцензії відкритого доступу Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
